高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及對策探究

劉瑞曉

摘要：生產(chǎn)力的快速發(fā)展與變革，帶動了大工業(yè)的興起與繁榮，使得更多的人口聚集到城市，造成城市的建筑用地日益緊張，土地價格暴漲，房地產(chǎn)開發(fā)商為了在一定的建筑面積內(nèi)建筑更多的房屋獲利，就必須使建筑物向空中延伸。這就使得高層建筑像雨后春筍般在全國拔地而起，其所占的比重日益增加。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案隨之增多，結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系越來越新穎和多樣化，但是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，特別是鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中出現(xiàn)了很多的問題，這些存在的問題是急需解決的，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員根據(jù)客戶的需求、根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢，采取科學(xué)的、有效的對策及措施解決存在的問題，從而保證高層建筑的質(zhì)量得到提高，促進其快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；存在問題；對策探究

高層建筑采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案有著諸多的優(yōu)點，混凝土和磚石的“容重與強度比”大于鋼材的“容重與強度比”，這說明采用鋼結(jié)構(gòu)比較輕，一般情況下采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑比采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑重30%到50%；而且采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑比采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑的有效使用面積要大8%左右；另外，使用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑建設(shè)起來工期更短，能夠起到節(jié)能、環(huán)保的作用，更可以采用工廠化的形式進行前期的設(shè)計和生成。

這些優(yōu)勢的存在，使得現(xiàn)代的高層建筑更多地采用了鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。根據(jù)有關(guān)機構(gòu)的統(tǒng)計，建筑高度超過100米的建筑物在1990年代的中期的時候還不到200棟，而到目前一躍發(fā)展為接近900棟，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展大大地促進了建筑超高層化的態(tài)勢，可見采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑必將促進建筑業(yè)的快速發(fā)展。任何事物都有其兩面性，不會出現(xiàn)十全十美的情況，在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，采用鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案也存在著諸多問題，比如，采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑就存在施工方面的難題，而且急需解決。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在問題概述

1.1資源浪費嚴(yán)重，能源消耗大

如果以現(xiàn)有的國家節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，對傳統(tǒng)意義上的超高層建筑進行節(jié)能環(huán)保評判，基本上都是不符合標(biāo)準(zhǔn)的，相關(guān)機構(gòu)的調(diào)查報告指出，傳統(tǒng)超高建筑對城市的熱、光、風(fēng)、聲等微環(huán)境，都造成了一定程度的負面影響，其中玻璃幕墻的負面影響最為明顯。超高建筑為了維持日常的正常運行，單位面積消耗的能量是超過2萬平方米大型公共建筑物的2倍到3倍，甚至是一般建筑物單位面積消耗能量的4倍到10倍。這表明超高建筑在高速發(fā)展的過程中，消耗掉了大量資源，對環(huán)境造成了更多的危害。因此，為了保持高層建筑的可持續(xù)發(fā)展，就必須要在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用環(huán)保技術(shù)和綠色科技，以減少資源的浪費和能源的消耗，降低對城市微環(huán)境的負面影響。

1.2高層建筑外部結(jié)構(gòu)抗風(fēng)難度大

由于超高層建筑的高度很高，在抗風(fēng)方面存在很大的難度，主要的難點是能夠獲得符合實際的風(fēng)荷載，其結(jié)構(gòu)怎樣符合建筑規(guī)范規(guī)定的舒適度和安全的要求，從而保證電梯等設(shè)備的正常與安全運行。一般情況下，正常風(fēng)壓狀態(tài)下，離地面10米高的地方其風(fēng)速是5米/秒，如果離地面90米高，其風(fēng)速就到了15米/秒，可見風(fēng)速與建筑物的高度是成正比例關(guān)系的。那么，在高層建筑遇到強風(fēng)時，該如何解決呢？

1.3地震時如何逃生是高層建筑面臨的重要問題

地震是一種自然災(zāi)害，對于處在地震區(qū)域中的900米的高層建筑來說，結(jié)構(gòu)抗震是結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中面臨的重大難題。高層建筑物中使用的鋼材雖然是抗震性校好的材料，但是設(shè)計出的鋼結(jié)構(gòu)和制造不相符合的時候，就會破壞掉鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而降低鋼結(jié)構(gòu)的抗震性，可見鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計非常重要。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在問題對策探究

2.1采用綠色科技，利用綠色清潔能源

針對高層建筑資源浪費嚴(yán)重，能源消耗大的問題，可把太陽能作為主要的清潔能源，太陽能在建筑行業(yè)的應(yīng)用，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的新思路。太陽能作為清潔能源在建筑設(shè)計中被應(yīng)用的方面主要有：太陽能發(fā)電、太陽能熱水器、太陽能暖氣與空調(diào)等。利用太陽能發(fā)電由于成本技術(shù)和成本高的問題，無法大面積推廣外，太陽能熱水系統(tǒng)由于節(jié)能環(huán)保、使用便利、實施容易，適合大面積推廣使用，已經(jīng)成為高層建筑中供熱與供水系統(tǒng)中應(yīng)用的主要綠色能源。

下表是普通高層小區(qū)與安裝太陽能清潔能源后的高層小區(qū)的一些情況對比。

作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)建立節(jié)能、環(huán)保、綠色、生態(tài)的高層建筑的設(shè)計理念，要時時刻刻把這種理念貫穿于設(shè)計的每個環(huán)節(jié)中，把清潔能源的應(yīng)用理念和高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念完美地結(jié)合起來。

2.2通過隨風(fēng)輕微擺動化解風(fēng)力

高層側(cè)風(fēng)肯定會對高層建筑物產(chǎn)生影響，但不用過分擔(dān)心，因為高層建筑中使用的鋼材不但質(zhì)量好，而且具備很好的延展性，這樣就使得高層建筑能夠通過隨風(fēng)輕微擺動而化解風(fēng)對高層建筑作用的力。

2.3科學(xué)合理地做好鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震設(shè)計

要想使高層建筑能夠抗震，就必須要設(shè)計好鋼結(jié)構(gòu)的抗震方案，那么應(yīng)該先按照高層建筑的高度、設(shè)計的結(jié)構(gòu)類型和設(shè)防的強度確定抗震的結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)在滿足變形需求的同時，也應(yīng)滿足強度的要求；高層建筑應(yīng)選擇全鋼框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計人員還要注意把各構(gòu)件連接好，從而保證鋼結(jié)構(gòu)的完整性。

總之，隨著時代的發(fā)展，隨著人們對高層建筑質(zhì)量的要求不斷提高，在設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)的過程中，會遇到更多的問題，但是只要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員能利用先進的設(shè)計理念指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，就能夠很好地、有效地解決具有代表性的問題，從而促進高層建筑的更快與更新發(fā)展。

參考文獻

[1]趙森.高層建筑鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中關(guān)鍵問題分析[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2013（12）.

[2]孫凱.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題及對策探討[J].價值工程，2011，25：88-89.

[3]蘇定.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題及對策分析[J].中華民居（下旬刊），2014，10：95-96.